Пять слоев земной атмосферы и их соответствующие функции

Сейсмическое событие, произошедшее в Европе 117 лет назад, трансформировало научное понимание внутренней структуры планеты, выявив существование скрытой границы под земной поверхностью.

Исследование глубин планеты представляет собой монументальную задачу для науки. Хотя космические аппараты пересекали границы Солнечной системы, самое глубокое человеческое бурение достигло всего лишь немного более 12 километров в коре. Из-за невозможности прямого доступа к самым глубоким регионам большая часть знаний о внутреннем устройстве Земли основана на косвенных методах, таких как анализ сейсмических волн, который позволяет изучать структуры на десятки, сотни или даже тысячи километров под поверхностью.

Внутренняя структура планеты можно сравнить с вареным яйцом: скорлупа представляет кору, белок соответствует плотной мантии, а желток — ядру, расположенному более чем в шести тысячах километров от поверхности.

Анализируя землетрясение, зарегистрированное 8 октября 1909 года в районе долины реки Купа на Балканах, недалеко от современной Хорватии, хорватский ученый Андрия Мохоровичич наблюдал необычное явление. Волны, вызванные толчком, продемонстрировали внезапное ускорение при достижении определенной глубины под землей. Это неожиданное ускорение привело к открытию разделения между земной корой и мантией — разделительного слоя, получившего название Мохоровичичева, но известного ученым во всем мире просто как Мохо.

Тьяго Майя, физик, астрофизик и специалист по природным явлениям, который также является послом Всемирной климатической декларации в Бразилии, заявил, что это открытие произвело революцию в геофизике. Он показал, что землетрясения могут служить инструментом косвенного зондирования недр. По словам Майи, открытие Мохо доказало, что Земля имеет внутренние слои с различными характеристиками, в частности, изменение между корой и мантией, что произвело революцию в геофизике и подтвердило использование землетрясений для исследования недр без необходимости бурения.

Майя подчеркивает, что даже спустя более ста лет Мохо остается фундаментальным для понимания структуры планеты. Он отмечает, что, хотя люди никогда не бурили мантию в ее естественном состоянии, возможно изучение регионов на больших глубинах с помощью сейсмических волн, вызванных землетрясениями.

Эксперт указывает, что глубина этого слоя варьируется в зависимости от местоположения на планете. Под океанами Мохо находится на глубине около шести километров, а под континентальными массами его толщина достигает тридцати пяти километров, хотя эти значения могут варьироваться в зависимости от региона. Большинство исследователей связывают это изменение скорости с переходом между различными типами пород; при переходе от коры к мантии формации приобретают различные составы и характеристики, причем мантия часто связана с такими породами, как перидотит, которые более плотные и богатые минералами.

Однако Майя делает важное замечание: Мохо не следует рассматривать просто как идеально очерченный физический барьер. В первую очередь это разрыв, обнаруженный по поведению сейсмических волн. Увеличение сейсмической скорости обычно интерпретируется как следствие существенного изменения свойств и состава пород, знаменующего переход от коры к мантийным образованиям, часто богатым такими минералами, как оливин и пироксены, как объяснил физик в интервью Olhar Digital.

Анализ этих геологических колебаний утвердился как основной метод картирования недр Земли. Изучая скорость, направление, отражение и преломление сейсмических волн, ученые могут очертить границы между планетарными слоями и вывести жизненно важные свойства недр, такие как глубина, состав, жесткость, температура и физическое состояние материалов.

Тем не менее, этот косвенный метод имеет значительные ограничения, которые препятствуют полному видению центра планеты. Захваченные сигналы не дают точного и немедленного портрета глубоких структур, поскольку совершенно разные геологические формации могут генерировать аналогичные сигнальные паттерны. Кроме того, точность анализов зависит от положения эпицентров и распределения сейсмографических станций во всем мире, что вынуждает исследователей сопоставлять данные сейсмологии с исследованиями горных пород, измерениями гравитации и лабораторными симуляциями.

Для проверки теорий и преодоления ограничений косвенных измерений геологи пытаются бурить кору до достижения верхней мантии. Получение прямого образца мантии стало бы решающим научным прорывом. Майя подчеркивает, что такой образец позволил бы эмпирически проверить состав и свойства пород мантии, что позволило бы сделать открытия о ее минералах, температуре, давлении, наличии воды и других элементах, а также углубить понимание движения мантии и ее влияния на вулканизм и эволюцию Земли.

Хотя идея бурения до мантии кажется простой, практическая реализация сталкивается с огромными техническими препятствиями, особенно в океанической среде. Районы вблизи подводных вулканических цепей имеют более тонкую кору и являются интересными объектами для бурения. Однако экстремальный жар, исходящий от магмы, может расплавить и повредить буровое оборудование до достижения цели.

Первая попытка океанического бурения состоялась в 1961 году у побережья Мексики, но она достигла небольшой глубины. Десятилетия спустя самые глубокие скважины на дне моря едва превысили барьер в два километра. Новая перспектива появилась с активацией японского исследовательского судна «Чикю». Этот корабль является частью международной программы, направленной на сбор образцов морских донных отложений, и спроектирован для превышения предыдущих пределов глубины. Для проекта были предварительно выбраны три зоны в Тихом океане: районы у побережья Мексики, Никарагуа и к северу от Гавайев.

Несмотря на планирование, путешествие к мантии остается беспрецедентным из-за высоких затрат и технических проблем, присущих работе в открытом море. Тем не менее, научное сообщество продолжает разрабатывать новые технологии, чтобы в будущем преодолеть Мохо и раскрыть тайны недр Земли.

{